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新能源汽車零部件知多少 從原材料到成車到底包括些啥

文章出處:嘉泰金屬制品 人氣:發(fā)表時間:2022-3-26

    新能源汽車產(chǎn)業(yè)既保持了傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)長鏈條的特征,又新增了電池、電機和電控等重要的產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)。外部環(huán)境的變化正在促發(fā)汽車產(chǎn)業(yè)的新一輪產(chǎn)業(yè)變革,新能源汽車是汽車產(chǎn)業(yè)升級轉型的重要方向,其需要的資源、生產(chǎn)方式、配套關系以及產(chǎn)業(yè)布局也在不斷的發(fā)生變化。

    上游原材料

    以鋰、鈷、鎳、石墨、稀土為代表的礦產(chǎn)資源在新能源汽車領域有重要用途,尤其是電池級碳酸鋰是動力電池關鍵原材料之一。而鎂鋁及其合金是汽車輕量化的重要材料。

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    動力電池

    正極材料

    正極材料決定了鋰離子電池的主要性質,如能量密度、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性等。正極材料目前主要包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等。目前來看,鋰電池正極遵循著從二元材料向三元材料的發(fā)展趨勢。松下NRC18650B的正極材料是鎳鈷鋁三元材料,俗稱NCA。通過引入Ni含量可提高材料的容量,而松下NRC18650B正是提高了Ni含量(摩爾分數(shù)80%)從而使電池從原來的2.9Ah提高到了3.3Ah左右,能量密度大大提升。同時受益于三元協(xié)同效應,NCA正極材料綜合了LiNiO2和LiCoO2諸多優(yōu)點,性能比使用單一材料優(yōu)越。而且,該材料用鈷量較少,成本較低。

    鋰電負極變革趨勢:硅基負極

    Si基負極材料更大的有事在于極高的理論能量密度(4200mAh/g),遠高于石墨。這也符合新能源汽車對電池的要求。從目前趨勢上看,未來負極材料的發(fā)展方向先向硅基+石墨,最后將由純硅/金屬鋰完全取代低能量密度的石墨。

    硅基負極材料更大的不足就是膨脹問題,充電后易膨脹碎裂,無法復原,導致材料最終出現(xiàn)粉末化,大大縮短了電池壽命。在充放電過程中會有300%的膨脹,而相同條件下石墨只有7%,目前松下新研發(fā)的碳硅基復合材料負極中硅的含量達到了10%,可以看出隨著技術水平的進步還有很大的發(fā)展空間。

    負極材料

    鋰離子電池的負極是由負極活性物質碳材料或非碳材料、粘合劑和添加劑混合制成糊狀膠合劑均勻涂抹在銅箔兩側,經(jīng)干燥、滾壓而成。負極材料主要分為碳材料(石墨類)、金屬氧化物材料以及合金材料。動力電池市場爆發(fā)以來,相比于其他材料而言,負極材料價格相對穩(wěn)定,技術路線以石墨類為主,不存在很大的爭議。目前負極材料主要以天然石墨和人造石墨為主,兩者性能有著各自的優(yōu)缺點,應用領域也有所不同。

    隔膜

    隔膜的主要作用是保障正負極分開的情況下鋰離子自由流通,是保障電池安全的更重要部分之一。隔膜能有浸潤在電解液中,而且表邊上有大量允許鋰離子通過的微孔。微孔密度以及材料選擇、厚度等等特性都會影響鋰離子穿過隔膜的速度從而影響電池性能。據(jù)估計,鋰電池中隔膜的耗用量大致為20m2/kWh。

    隔膜未來比較有前景的方向:涂覆隔膜

    涂覆隔膜是指在基膜上涂布PVDF等膠黏劑或陶瓷氧化鋁。涂覆隔膜的作用是:1、提高隔膜耐熱收縮性,防止隔膜收縮造成大面積短路;2、涂覆材料熱傳導率低,防止電池中的某些熱失控點擴大形成整體失控。

    電解液

    電解液,在鋰離子電池中是作為帶動鋰離子流動的載體,對鋰電池的運行和安全性具有舉足輕重的作用。根據(jù)推算,在電解液的成本構成中,溶劑約占30%,添加劑約占10%,主要的成分溶質約占60%。市場上的溶質以六氟磷酸鋰(LiPF6)為主,松下NCR18650電池也選用了六氟磷酸鋰作為溶質,每kWh鋰電池需要0.15kg的六氟磷酸鋰。六氟磷酸鋰同樣可以通過碳酸鋰制備。

    電解液未來比較有前景的方向:高電壓電解液

    提高電池能量密度乃是鋰電池的趨勢之一,目前提高能量密度的方法主要有兩種:一種是提高傳統(tǒng)正極材料的充電截止電壓,如將鈷酸鋰的充電電壓提升至4.35V、4.4V。但靠提升充電截止電壓的方法是有限的,進一步提升電壓會導致鈷酸鋰結構坍塌,性質不穩(wěn)定;另一種方法則是開發(fā)充放電平臺更高的新型正極材料,如富鋰錳基、鎳鈷酸鋰等。正極材料的電壓提升后,需要與之配套的高電壓電解液,添加劑對電解液的高電壓性能起到關鍵作用,其成為近年來的研發(fā)重點。

    銅箔

    按生產(chǎn)工藝不同,銅箔又分為壓延銅箔和電解銅箔,壓延銅箔一般用作建筑裝飾材料。由于童博的導電性良好、質地較軟、延展性好易加工變形,它也是制作鋰電池負極集流體的****材料。鋰離子電池集流體的功用是將電池活性物質產(chǎn)生的電流匯集起來,以便形成較大的電流輸出,因此集流體應有較低的比表面能從而抑郁活性物質充分接觸,且有著優(yōu)良的導電性。

    目前,國內(nèi)外大部分鋰電池生產(chǎn)廠家都采用電解銅箔作為鋰電池的負極集流體。近年來,新能源汽車快速發(fā)展,導致新能源汽車所需的鋰電池的需求量也快速增大,而銅箔是鋰電池的重要原材料,其需求量當然也隨之增大,所以新能源汽車的發(fā)展帶動了鋰電銅箔的發(fā)展,對整個銅箔產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了不可忽視的影響。

    鋁塑膜

    鋁塑膜是由外層尼龍層/粘合劑/中間層鋁箔/粘合劑/內(nèi)層熱封層構成的多層膜,是軟包鋰電池的封裝材料。

    高質量的鋁塑復合膜的研制和開發(fā)是液態(tài)軟包裝鋰離子電池這一高新技術產(chǎn)品研制成功的關鍵。作為液態(tài)軟包裝鋰離子電池外殼,該鋁塑復合膜不再僅僅是電池的簡單外包裝,而且是構成液態(tài)軟包裝鋰離子電池的一個不可缺少的重要組成部分。

    鋁塑膜具有極高的阻隔性、良好的冷沖壓成型性、耐刺穿性、耐電解液穩(wěn)定性和耐高溫、絕緣性強等特點。

    導電劑

    隨著鋰電池的商品化越來越廣泛,鋰電池的電池在正極材料表面的充放電過程是當電池放電的時候,處于孔中的鋰離子進入正極活性物質中,如果電流加大則極化增加,放電困難,這樣電子間的導電性就較差,光靠活性物質本身的導電性是遠遠不夠的,為了保證電極有良好的充放電性能,在極片制作時通常加入一定量的導電劑,在活性物質之間與集流體起到收集微電流的作用。

    中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)圖譜

    11月10日,中汽協(xié)公布了10月新能源汽車產(chǎn)銷分別完成9.2萬輛和9.1萬輛,同比分別增長85.9%和106.7%。其中純電動汽車產(chǎn)銷均完成7.7萬輛,同比分別增長76.3%和95.8%;插電式混合動力汽車產(chǎn)銷均完成1.4萬輛,同比分別增長163.6%和194%。

    1-10月,新能源汽車產(chǎn)銷分別完成51.7萬輛和49.0萬輛,同比分別增長45.7%和45.4%。其中純電動汽車產(chǎn)銷分別完成42.7萬輛和40.2萬輛,同比分別增長54.7%和55.9%;插電式混合動力汽車產(chǎn)銷分別完成9萬輛和8.8萬輛,同比分別增長14%和11.2%。

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